真空碳熱還原處理含鋅氧化礦獲得高純鋅研究.pdf

1、隨著鋅用途范圍的擴(kuò)大，世界各國(guó)鋅產(chǎn)品消耗量逐年增加，硫化鋅礦日漸供應(yīng)不足，氧化鋅礦的開(kāi)發(fā)利用已越來(lái)越受到重視。但由于氧化鋅礦極易“泥化”和伴生元素Si等含量高，無(wú)論是濕法或火法處理，均受到一定的限制。為了在處理含鋅氧化礦時(shí)，提高能效、提高金屬回收率，縮短工藝流程，節(jié)約資源、環(huán)境友好并獲得高品質(zhì)的金屬鋅，本文以菱鋅礦和異極礦兩種含鋅氧化礦為研究對(duì)象，較系統(tǒng)地研究了真空碳熱還原分級(jí)冷凝處理含鋅氧化礦的新工藝及相關(guān)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)，主要研究?jī)?nèi)

2、容和取得成果如下：
　　 (1)對(duì)含鋅氧化礦進(jìn)行了熱力學(xué)研究，結(jié)果表明：真空條件下碳還原含鋅氧化物具有較大的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)系統(tǒng)壓強(qiáng)不斷降低時(shí)，所對(duì)應(yīng)氧化鋅、硅酸鋅的碳還原反應(yīng)臨界溫度不斷降低，但碳還原硅酸鋅的溫度較氧化鋅的高；真空碳熱還原含鋅氧化礦時(shí)，產(chǎn)物金屬鋅中的雜質(zhì)Cd較難通過(guò)真空蒸餾與Zn分離，除Cd程度將直接影響產(chǎn)物鋅的質(zhì)量。
　　 (2)根據(jù)真空碳熱還原含鋅氧化礦的特征，設(shè)計(jì)了分級(jí)冷凝真空爐，利用余熱分級(jí)冷凝蒸氣。由

3、于各物質(zhì)的性質(zhì)不同而將在分級(jí)冷凝器的不同部位冷凝，達(dá)到分離純化產(chǎn)品的目的。實(shí)驗(yàn)研究表明：真空碳熱還原分級(jí)冷凝處理含鋅氧化礦時(shí)，反應(yīng)溫度降低，反應(yīng)時(shí)間縮短，產(chǎn)品質(zhì)量大大提高。
　　 (3)以煤作為還原劑，對(duì)菱鋅礦進(jìn)行真空碳熱還原分級(jí)冷凝處理。實(shí)驗(yàn)考察了菱鋅礦的熱處理?xiàng)l件，包括燒結(jié)時(shí)間、燒結(jié)溫度對(duì)試樣強(qiáng)度、鋅質(zhì)量的影響，同時(shí)也考察了真空碳熱還原溫度、還原時(shí)間、碳礦比和系統(tǒng)壓強(qiáng)等因素對(duì)鋅產(chǎn)率和鋅質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：試樣燒結(jié)溫度控制在

4、823～873K，燒結(jié)時(shí)間不少于30min，試樣落下強(qiáng)度較好；真空碳熱還原菱鋅礦時(shí)，較佳工藝條件為C/Zn總的物質(zhì)的量比為3，還原蒸餾溫度1173K，系統(tǒng)壓強(qiáng)50～2000Pa，真空碳熱還原蒸餾60min；在較佳工藝條件下，菱鋅礦中約97％的鋅被還原蒸餾出來(lái)；采用真空碳熱還原分級(jí)冷凝的方法，可以將鉛、砷、鎘與鋅分離，但鎘與鋅分離的程度較?。煌ㄟ^(guò)改變燒結(jié)條件，可將產(chǎn)物鋅中雜質(zhì)Cd含量降低；在適宜的條件下，真空碳熱還原分級(jí)冷凝處理菱鋅礦后，

5、可獲得純度為99.995％的高純鋅。
　　 (4)對(duì)異極礦進(jìn)行了真空碳熱還原的實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)對(duì)異極礦進(jìn)行熱處理，實(shí)驗(yàn)考察燒結(jié)時(shí)間、燒結(jié)溫度對(duì)原料強(qiáng)度、鋅產(chǎn)率和鋅質(zhì)量的影響，同時(shí)考察真空碳熱還原溫度、碳礦比、系統(tǒng)壓強(qiáng)等因素對(duì)鋅產(chǎn)率和質(zhì)量的影響，特別考察添加試劑及其添加量的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明燒結(jié)溫度控制在823～873K，燒結(jié)時(shí)間不少于30min，試樣強(qiáng)度較高；真空碳熱還原處理異極礦時(shí)，較佳工藝條件是：C/Zn總的物質(zhì)的量比為2.5

6、，CaF2的添加量約為10％，還原蒸餾溫度1373K，系統(tǒng)壓強(qiáng)50～20kPa，真空碳熱還原蒸餾約40min；在較佳工藝條件下，異極礦中約93％的鋅被還原蒸餾出來(lái)；在此過(guò)程中CaF2中的氟離子主要起催化作用；燒結(jié)條件的改變可以降低產(chǎn)物鋅中雜質(zhì)Cd的含量，改變系統(tǒng)壓強(qiáng)可降低產(chǎn)物鋅中雜質(zhì)Pb的含量；在適宜的條件下，真空碳熱還原分級(jí)冷凝處理異極礦后，可獲得純度為99.995％的高純鋅。
　　 (5)在對(duì)含鋅氧化礦碳還原的動(dòng)力學(xué)研究中，

7、對(duì)真空爐進(jìn)行科學(xué)的改造。重點(diǎn)對(duì)真空爐的送樣器和產(chǎn)物收集器進(jìn)行改造，使實(shí)驗(yàn)在準(zhǔn)確的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)在較恒定的溫度、穩(wěn)定的系統(tǒng)壓強(qiáng)等的條件下進(jìn)行。
　　 (6)在真空條件下，對(duì)ZnO-C體系在還原溫度1073～1223K下進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在真空條件下煤還原菱鋅礦中氧化鋅的還原反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，其還原速率由擴(kuò)散過(guò)程所控制，活化能為177.72～191.31kJ·mol-1。
　　 (7)對(duì)未添加CaF2的Zn2SiO4-C體系在還原溫度